JP7212664B2 - Metal refining method and metal refining apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウム基溶湯から真空蒸留法により特定元素を除去する金属精製方法等に関する。 The present invention relates to a metal refining method and the like for removing specific elements from aluminum-based molten metal by vacuum distillation.
環境意識等の高揚に伴い、軽量なアルミニウム系部材が様々な分野で用いられている。新規に製錬(さらには精錬)されたアルミニウムを用いるよりもスクラップを再利用すれば、大幅な省エネルギー化や環境負荷低減を図りつつ、アルミニウム系部材の利用を促進できる。 BACKGROUND ART Lightweight aluminum-based members are being used in various fields as environmental awareness is heightened. By reusing scrap rather than using newly smelted (and further refined) aluminum, it is possible to promote the use of aluminum-based members while achieving significant energy savings and environmental load reduction.
もっとも、スクラップを溶解した原料溶湯(「Al基溶湯」ともいう。)中には、Al以外の様々な元素が混在し得る。所望組成の溶湯調製には、その原料溶湯から不要または過剰な元素を除去する必要がある。その精製方法の一つに真空蒸留法(減圧蒸留法、真空脱ガス法、真空処理法)がある。真空蒸留法は、Alよりも蒸気圧が高い元素(例えばZn、Mg、Pb、H等)を、Al基溶湯から優先的に蒸発させて分離(脱離)する方法である。これに関連する記載が下記の文献(特許文献1~5と非特許文献1)にある。
However, various elements other than Al may be mixed in raw material molten metal (also referred to as "Al-based molten metal") obtained by melting scrap. In order to prepare a melt of a desired composition, it is necessary to remove unnecessary or excessive elements from the raw material melt. One of the purification methods is a vacuum distillation method (reduced pressure distillation method, vacuum degassing method, vacuum treatment method). The vacuum distillation method is a method of preferentially evaporating and separating (desorbing) elements having a higher vapor pressure than Al (eg, Zn, Mg, Pb, H, etc.) from the Al-based molten metal. The following documents (
特許文献1~5および非特許文献1はいずれも、全体を均一的に加熱した原料溶湯(Al基溶湯)から、不純物であるZn等を真空雰囲気中へ蒸発させて除去することを提案しているに過ぎない。なお、特許文献6、7には、真空アーク溶解装置に関する記載はあるが、真空蒸留法に関する記載は一切ない。
本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、従来とは異なる手法により、特定元素を除去するアルミニウム基溶湯の精製方法等を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for refining an aluminum-based molten metal by removing specific elements by a method different from the conventional method.
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究した結果、アルミニウム基溶湯の湯面付近を局部的に加熱する新たな真空蒸留法により、特定元素を除去することに成功した。この成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research to solve this problem, the present inventor succeeded in removing specific elements by a new vacuum distillation method in which the vicinity of the surface of an aluminum-based molten metal is locally heated. Developing this result led to the completion of the present invention described below.
《金属精製方法》
(1)本発明は、アルミニウム基溶湯に含まれる特定元素を真空蒸留法により除去して該アルミニウム基溶湯を精製する金属精製方法であって、該アルミニウム基溶湯の湯面付近を加熱する局部加熱工程を備える金属精製方法である。
《Metal refining method》
(1) The present invention is a metal refining method for refining the aluminum-based molten metal by removing specific elements contained in the aluminum-based molten metal by a vacuum distillation method, wherein local heating is performed to heat the vicinity of the surface of the aluminum-based molten metal. A metal refining method comprising steps.
(2)本発明の金属精製方法(単に「精製方法」ともいう。)によれば、アルミニウム基溶湯(「Al基溶湯」ともいう。)中から、特定元素を効率的に除去できる。この理由は次のように考えられる。 (2) According to the metal refining method of the present invention (also simply referred to as "refining method"), specific elements can be efficiently removed from aluminum-based molten metal (also referred to as "Al-based molten metal"). The reason for this is considered as follows.
本発明の精製方法では、特定元素が液相(Al基溶湯)から気相(Al基溶湯の上空)へ移動(蒸発)する界面となる湯面付近を局部的に加熱している。このため、Al基溶湯全体を高温に加熱するまでもなく、特定元素の蒸発を効率的に行える。具体的にいうと、Al基溶湯を高温に保持する必要が必ずしもないため、昇温時間の短縮、加熱に要するエネルギーの低減、設備(炉体等)の消耗抑制(長寿命化)等が可能となる。 In the refining method of the present invention, the vicinity of the molten metal surface, which is the interface where the specific element moves (evaporates) from the liquid phase (Al-based molten metal) to the gas phase (above the Al-based molten metal), is locally heated. Therefore, the specific element can be efficiently evaporated without heating the entire Al-based molten metal to a high temperature. Specifically, it is not necessary to keep the Al-based molten metal at a high temperature, so it is possible to shorten the heating time, reduce the energy required for heating, and suppress the wear and tear (longer life) of equipment (furnace, etc.). becomes.
また湯面付近を局部加熱すると、Al基溶湯中には、偏在的な温度分布による対流が生じる。これにより、局部的に加熱されている領域(「局部加熱領域」という。)へ特定元素が継続的に補給され、特定元素は安定的に蒸発し得る。なお、特定元素の蒸発より、Al基溶湯内には特定元素の濃度分布も生じ得る。このため、特定元素の拡散によっても、局部加熱領域への特定元素の補給がなされ得る。 Also, when the molten metal surface is locally heated, convection occurs due to uneven temperature distribution in the Al-based molten metal. As a result, the specific element is continuously replenished to a locally heated region (referred to as a “locally heated region”), and the specific element can stably evaporate. A concentration distribution of the specific element may also occur in the Al-based molten metal due to the evaporation of the specific element. Therefore, the diffusion of the specific element can also replenish the local heating area with the specific element.
さらに湯面付近を局部加熱すると、Al基溶湯の湯面上に形成される表面膜(酸化膜等)は、急激な体積変化や熱膨張量差等に基づいて、衝撃的な熱応力を受けて分断(破壊)され得る。このため特定元素は、表面膜(酸化膜等)に阻害されずに、新たに露出した湯面から安定的に蒸発し得る。 Furthermore, when the molten metal surface is locally heated, the surface film (oxide film, etc.) formed on the surface of the Al-based molten metal receives shocking thermal stress due to sudden volume changes and differences in thermal expansion. can be divided (destroyed) by Therefore, the specific element can stably evaporate from the newly exposed melt surface without being hindered by the surface film (oxide film, etc.).
(3)本発明の精製方法は、Al系スクラップの再生に限らず、種々のAl系溶湯の調製に用いられてもよい。もっとも本発明の精製方法を用いると、特定元素(例えばZnやMg等)を含む低廉なスクラップから、特定元素を除去した再生Al合金を効率的に得ることも可能となる。そこで本発明の金属精製方法は、「再生Al合金の製造方法」として把握されてもよい。なお、特定元素が除去された再生Al合金は、凝固物(インゴット等)として利用されても、溶湯(半溶融状態を含む)のまま利用されてもよい。また、Al系スクラップの再生は、カスケードリサイクルに留まらず、展伸材等へのアップグレードリサイクルでもよい。 (3) The refining method of the present invention may be used not only for recycling Al-based scrap but also for preparing various Al-based molten metals. However, by using the refining method of the present invention, it is also possible to efficiently obtain a recycled Al alloy from which specific elements have been removed from inexpensive scrap containing specific elements (such as Zn and Mg). Therefore, the metal refining method of the present invention may be grasped as a "recycled Al alloy manufacturing method". The reclaimed Al alloy from which the specific element has been removed may be used as a solidified product (ingot or the like) or as a molten metal (including a semi-molten state). Further, the recycling of Al-based scraps is not limited to cascade recycling, and may be upgraded recycling to wrought material or the like.
《金属精製装置》
本発明は金属精製装置としても把握される。本発明は、例えば、アルミニウム基溶湯の湯面上を真空にする排気手段と、該アルミニウム基溶湯の湯面付近を加熱する局部加熱手段とを備え、該アルミニウム基溶湯に含まれる特定元素の真空蒸留法により除去に用いられる金属精製装置でもよい。
《Metal refining equipment》
The present invention is also understood as a metal refiner. The present invention includes, for example, exhaust means for evacuating the surface of the aluminum-based molten metal and local heating means for heating the vicinity of the surface of the aluminum-based molten metal, and the specific element contained in the aluminum-based molten metal is vacuumed. A metal refiner used for removal by distillation may also be used.
《その他》
(1)本明細書でいう「真空蒸留法」は、少なくともAl基溶湯の湯面側を大気圧よりも低圧な真空雰囲気とし、Alよりも蒸気圧が高い特定元素を、Al基溶湯の湯面側から蒸発させて、Al基溶湯中の特定元素濃度を低減させることをいう。本明細書では、真空蒸留法により蒸発した特定元素の処理(排気、凝縮、回収等)については問わない。
"others"
(1) The “vacuum distillation method” referred to in this specification is a vacuum atmosphere with a pressure lower than the atmospheric pressure at least on the surface side of the Al-based molten metal, and a specific element having a higher vapor pressure than Al is added to the Al-based molten metal. Evaporating from the surface side to reduce the specific element concentration in the Al-based molten metal. In this specification, the treatment (exhaust, condensation, recovery, etc.) of the specific element evaporated by the vacuum distillation method does not matter.
また本明細書でいう「局部」(局部加熱領域)は、少なくともAl基溶湯の湯面(上層部)の一部を含めばよい。局部は、湯面全体(Al基溶湯の上層部全体)を対象としても、その湯面の一部(Al基溶湯の上層部の一部)を対象としてもよい。本明細書でいう「湯面付近」は、特定元素が蒸発する界面である湯面を含めばよい。敢えていうなら、「湯面付近」は、湯面~所定深さまでの少なくとも一部領域となる。その所定深さは、例えば、溶湯の深さの1/3程度とするとよい。 Also, the term “local” (locally heated region) as used herein may include at least a part of the surface (upper layer) of the Al-based molten metal. The local area may be the entire molten metal surface (the entire upper layer of the Al-based molten metal) or a portion of the molten metal surface (a portion of the upper layer of the Al-based molten metal). The term "near the surface of the molten metal" as used herein may include the surface of the molten metal, which is the interface at which the specific element evaporates. Suffice it to say, "near the surface of the hot water" is at least a partial area from the surface of the hot water to the predetermined depth. The predetermined depth may be, for example, about 1/3 of the depth of the molten metal.
(2)本明細書でいうアルミニウム基溶湯は、固液共存状態(半溶融状態)を含む。アルミニウム基溶湯は、Alが主成分(溶湯全体に対してAl含有量が50原子%超、70原子%以上さらには85原子%以上)であれば、具体的な組成を問わない。原料溶湯(精製前のAl基溶湯)中の特定元素濃度は問わないが、通常、その溶湯全体に対して、10質量%以下さらには5質量%以下程度である。なお、本明細書でいう濃度や組成は、特に断らない限り、対象物(溶湯等)の全体に対する質量割合(質量%または単に「%」)で示す。 (2) The aluminum-based molten metal referred to in this specification includes a solid-liquid coexisting state (semi-molten state). The aluminum-based molten metal may have any specific composition as long as Al is the main component (the Al content is more than 50 atomic %, 70 atomic % or more, or 85 atomic % or more with respect to the whole molten metal). Although the specific element concentration in the raw material molten metal (Al-based molten metal before refining) is not critical, it is usually about 10% by mass or less, further 5% by mass or less with respect to the entire molten metal. The concentration and composition referred to in this specification are indicated by mass ratio (% by mass or simply "%") with respect to the entire object (molten metal, etc.) unless otherwise specified.
(3)特に断らない限り本明細書でいう「x~y」は下限値xおよび上限値yを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を新たな下限値または上限値として「a~b」のような範囲を新設し得る。 (3) Unless otherwise specified, "x to y" as used herein includes the lower limit value x and the upper limit value y. A new range such as “a to b” can be established as a new lower or upper limit of any numerical value included in the various numerical values or numerical ranges described herein.
上述した本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を付加し得る。本明細書で説明する内容は、金属精製の方法のみならず装置にも該当し得る。方法に関する構成要素は、物(装置、(再生)Al合金(溶湯)等)に関する構成要素ともなり得る。 In addition to the components of the present invention described above, one or more components arbitrarily selected from this specification may be added. What is described herein may apply to equipment as well as methods of metal refining. A component relating to the method can also be a component relating to the object (apparatus, (reclaimed) Al alloy (melt), etc.).
《局部加熱》
Al基溶湯(単に「溶湯」ともいう。)の湯面付近を加熱する局部加熱は、エネルギー密度の高い熱源を用いてなされるとよい。これにより、湯面付近の全体またはその一部を、短時間で高温化する急速加熱を行え、特定元素の効率的な蒸発・除去が可能となる。
《Local heating》
Local heating for heating the vicinity of the surface of Al-based molten metal (simply referred to as "molten metal") is preferably performed using a heat source with high energy density. As a result, it is possible to perform rapid heating to raise the temperature of the whole or part of the molten metal surface in a short period of time, and to efficiently evaporate and remove specific elements.
(1)熱源
熱源(装置)の種類、出力等は、溶湯を収容する湯槽(加熱炉、坩堝、流路等)の形態、精製規模(溶湯量)等により調整され得る。熱源として、例えば、高エネルギービーム照射(レーザー照射、電子ビーム照射等)、放電(アーク放電等)などがある。いずれの熱源を用いても、加熱装置の簡素化、小型化、省エネルギー化または湯槽への負荷低減等を図り得る。
(1) Heat source The type, output, etc. of the heat source (apparatus) can be adjusted according to the form of the hot water bath (heating furnace, crucible, channel, etc.) containing the molten metal, the scale of refining (amount of molten metal), and the like. Examples of heat sources include high-energy beam irradiation (laser irradiation, electron beam irradiation, etc.), discharge (arc discharge, etc.), and the like. By using any heat source, it is possible to simplify the heating device, reduce the size, save energy, or reduce the load on the hot tub.
高エネルギービーム照射によれば、加熱位置(局部)の高精度な特定が可能となる。放電によれば、高温なプラズマ供給により湯面付近を急速に加熱できる。放電は、湯面上に、一対の電極を配置してなされてもよいし、一方の電極を湯面上に配置し、他方の電極(対極)をAl基溶湯(湯面)としてもよい。後者の場合、Al基溶湯(一方電極)と、その湯面上方に配置した電極(他方電極)との間で放電がなされ、蒸発が生じる湯面(液相と気相の界面)付近にある所定範囲の特定領域が効率的に急速加熱される。特に、溶接等で利用されているアーク放電によれば、設備負担を低減しつつ、効率的な局部加熱を行える。 High-energy beam irradiation enables highly accurate identification of the heating position (local). Electric discharge can rapidly heat the vicinity of the molten metal surface by supplying high-temperature plasma. Discharge may be performed by arranging a pair of electrodes on the molten metal surface, or one electrode may be arranged on the molten metal surface and the other electrode (counter electrode) may be Al-based molten metal (molten surface). In the latter case, an electric discharge is generated between the Al-based molten metal (one electrode) and an electrode (the other electrode) placed above the molten metal surface, and the vaporization occurs near the molten metal surface (interface between the liquid phase and the gas phase). A specific area within a predetermined range is efficiently and rapidly heated. In particular, arc discharge, which is used in welding or the like, enables efficient local heating while reducing equipment burden.
(2)エネルギー密度
アルミニウム基溶湯の湯面へ付与される単位面積あたりのエネルギー量(エネルギー密度)は、102W/cm2以上、103W/cm2以上さらには104W/cm2以上であるとよい。装置の過大化や湯面付近における突沸等を回避するため、敢えていえば、そのエネルギー密度は105W/cm2以下であるとよい。
(2) Energy density The amount of energy per unit area (energy density) imparted to the surface of the aluminum-based molten metal is 10 2 W/cm 2 or more, 10 3 W/cm 2 or more, or 10 4 W/cm 2 or more. It should be above. In order to avoid an excessively large apparatus and bumping near the surface of the hot water, the energy density should be 10 5 W/cm 2 or less.
(3)アーク放電
アーク放電による加熱(アーク加熱)は、電極間に発生する高温なアーク柱による。アーク柱の温度は、その部位により異なるが、少なくとも火炎等(<3000℃)よりも高温であり、例えば、4000℃以上さらには5000℃以上にも達する(田中:溶接学会誌,77 (2008),50)。アーク柱による湯面付近の加熱は、直接アーク加熱でも間接アーク加熱でもよい。アーク加熱は、主に放射(輻射)や粒子(電子、プラズマイオン等)の運動エネルギー伝達等によると考えられる。なお、本明細書でいうアーク加熱には、アーク放電をノズルや気流等で拘束して、指向性や加熱温度を高めたアークプラズマ加熱が含まれる。また、アーク放電の電源は、直流でも交流でもよい。
(3) Arc discharge Heating by arc discharge (arc heating) is due to a high-temperature arc column generated between electrodes. Although the temperature of the arc column varies depending on its location, it is at least higher than the flame (<3000°C), and reaches, for example, 4000°C or higher, or even 5000°C or higher (Tanaka: Welding Society, 77 (2008). ,50). The heating of the molten metal surface by the arc column may be direct arc heating or indirect arc heating. Arc heating is considered to be mainly due to radiation (radiation) and kinetic energy transfer of particles (electrons, plasma ions, etc.). The arc heating referred to in this specification includes arc plasma heating in which the arc discharge is constrained by a nozzle, an air current, or the like to increase directivity and heating temperature. Also, the power source for the arc discharge may be direct current or alternating current.
《真空蒸留》
蒸気圧(後述する飽和蒸気分圧)がAlよりも高い特定元素が、局部加熱されたAl基溶湯の湯面から、その上方にある真空雰囲気(単に「上空」ともいう。)へ蒸発する。
《Vacuum Distillation》
A specific element having a higher vapor pressure (saturated vapor partial pressure, which will be described later) than Al evaporates from the surface of the locally heated Al-based molten metal into a vacuum atmosphere above it (also simply referred to as "upper space").
(1)蒸気圧
飽和蒸気圧は温度に依存しており、温度が高くなるほど大きくなる。純金属単体(液相)の飽和蒸気圧(P0)は、温度(T)の関数として下式(1)により示される(出典:長船:津山高専紀要 13(1975)63)。
logP0=aT-1+blogT+cT+D (1)
ここで、log:常用対数、T:絶対温度(K)、a、b、cおよびD:定数である。
(1) Vapor pressure Saturated vapor pressure depends on temperature and increases as temperature rises. The saturated vapor pressure (P 0 ) of a pure metal simple substance (liquid phase) is expressed by the following equation (1) as a function of temperature (T) (source: Osafune: Bulletin of Tsuyama Technical College 13 (1975) 63).
logP 0 =aT −1 +logT+cT+D (1)
where log: common logarithm, T: absolute temperature (K), a, b, c and D: constants.
また、複数の構成元素からなる温度Tにおける溶湯全体の飽和蒸気圧(Pt)は、各構成元素の飽和蒸気圧の分圧(Pi:飽和蒸気分圧という。)の総和として、下式(2)により示される(出典:長船:津山高専紀要 13(1975)63)。
Pt =ΣPi=Σ(αiPi0) (2)
ここで、αi:溶湯中における構成元素の活量、Pi0:構成元素単体(液相)の飽和蒸気圧である。活量(αi)は、溶湯中における構成元素の濃度と溶湯温度に依存している。
In addition, the saturated vapor pressure ( Pt ) of the entire molten metal composed of a plurality of constituent elements at temperature T is expressed by the following formula ( 2) (Source: Osafune: Bulletin of Tsuyama College of Technology 13 (1975) 63).
Pt = ΣP i = Σ(α i P i0 ) (2)
Here, α i : activity of the constituent element in the molten metal, P i0 : saturated vapor pressure of the constituent element alone (liquid phase). The activity (α i ) depends on the concentration of constituent elements in the molten metal and the temperature of the molten metal.
溶湯に含まれる構成元素の飽和蒸気分圧(Pi)が、上空における構成元素の分圧よりも大きいとき、その構成元素は溶湯の湯面から上空へ蒸発(放出、散逸)し得る。Al基溶湯の場合、理論上、Alを含む各構成元素は、それぞれの飽和蒸気分圧と湯面上の分圧とに応じて溶湯上へ蒸発し得る。 When the saturated vapor partial pressure (P i ) of the constituent elements contained in the molten metal is higher than the partial pressure of the constituent elements in the sky, the constituent elements can evaporate (release, dissipate) from the surface of the molten metal to the sky. In the case of an Al-based molten metal, theoretically, each constituent element including Al can evaporate onto the molten metal according to the respective saturated vapor partial pressures and partial pressures on the molten metal surface.
但し、Alの飽和蒸気圧は、Al基溶湯に含まれる他の元素の飽和蒸気圧よりも、無視できるほどに小さい。これは、活量を考慮した飽和蒸気分圧として考えても同様である。例えば、700℃における飽和蒸気圧は、Al:2×10-5Pa、Zn:8.4×103Pa、Mg:7.5×102Pa、Pb:6.7×10-1Paである。従って、活量(濃度)を考慮しても、Alに対して、他の元素の蒸気圧(飽和蒸気分圧)は103~107倍程度も大きい。つまり、Al基溶湯中において、Alと特定元素との間には大きな蒸気圧差がある。このため、局部加熱領域において、Alは実質的に蒸発せず、蒸気圧が大きい特定元素が主に蒸発することになる。なお、本明細書では、上述した飽和蒸気分圧を単に「蒸気圧」ともいう。 However, the saturated vapor pressure of Al is negligibly lower than the saturated vapor pressures of other elements contained in the Al-based molten metal. This is the same as the saturated vapor partial pressure considering the activity. For example, the saturated vapor pressure at 700° C. is Al: 2×10 −5 Pa, Zn: 8.4×10 3 Pa, Mg: 7.5×10 2 Pa, Pb: 6.7×10 −1 Pa. be. Therefore, even if the activity (concentration) is considered, the vapor pressure (saturated vapor partial pressure) of other elements is about 10 3 to 10 7 times higher than that of Al. That is, there is a large vapor pressure difference between Al and the specific element in the Al-based molten metal. Therefore, in the local heating region, Al does not substantially evaporate, and the specific element having a high vapor pressure mainly evaporates. In addition, in this specification, the above-mentioned saturated vapor partial pressure is also simply referred to as "vapor pressure".
(2)特定元素
真空蒸留(分留)される特定元素は、Alに対する蒸気圧(飽和蒸気分圧)差が大きい元素であればよい。例えば、特定元素は、Zn、MgまたはPbの一種以上である。特定元素の代表例は、蒸気圧が特に大きいZnである。
(2) Specific element The specific element to be vacuum-distilled (fractionated) may be an element having a large difference in vapor pressure (saturated vapor partial pressure) with respect to Al. For example, the specific element is one or more of Zn, Mg and Pb. A representative example of the specific element is Zn, which has a particularly high vapor pressure.
(3)真空度
Al基溶湯の湯面上の真空度が大きく(気圧が低く)なるほど、湯面上における特定元素の分圧も小さくなり、特定元素の蒸発量は増加する。その気圧は、例えば、0.1~104Pa、1~103Paさらには10~102Paとするとよい。過小な真空度では特定元素の蒸発が遅い。過大な真空度の実現は大きな設備負担を招く。なお、真空度(気圧)は、湯面上空の平均的な真空度(気圧)である。真空度(気圧)は、例えば、溶湯の湯面上空に連なる配管に設けた測定子により測定される。
(3) Degree of vacuum The greater the degree of vacuum (lower atmospheric pressure) on the surface of the Al-based molten metal, the smaller the partial pressure of the specific element on the surface of the molten metal, and the greater the amount of evaporation of the specific element. The atmospheric pressure may be, for example, 0.1 to 10 4 Pa, 1 to 10 3 Pa, further 10 to 10 2 Pa. Too little vacuum slows the evaporation of certain elements. Realization of an excessive degree of vacuum causes a large equipment burden. The degree of vacuum (atmospheric pressure) is the average degree of vacuum (atmospheric pressure) above the hot water surface. The degree of vacuum (atmospheric pressure) is measured, for example, by a probe provided in a pipe extending above the surface of the molten metal.
(4)気流
真空蒸留は、アルミニウム基溶湯の湯面上(特に局部加熱領域)へ気流を付与しつつなされるとよい。これにより特定元素の蒸気が湯面上で停滞すること(つまり特定元素の蒸発が平衡状態となること)が抑制され、継続的または安定的な特定元素の蒸発が確保され得る。
(4) Airflow Vacuum distillation is preferably carried out while applying an airflow over the surface of the aluminum-based molten metal (especially the locally heated region). This suppresses the stagnation of the vapor of the specific element on the surface of the hot water (that is, the equilibrium state of the vaporization of the specific element), thereby ensuring continuous or stable vaporization of the specific element.
気流は、例えば、ノズル等から噴出されたガス(ArやHe等の希ガス、N2等の不活性ガス)の流動(ガス気流)でもよいし、プラズマトーチ(単に「トーチ」という。)を生じる電極(トーチ電極)側から噴出されるガス気流またはプラズマ気流でもよい。気流は、局部加熱領域に関して、真空排気口の反対側を上流側とするとよい。 The airflow may be, for example, the flow (gas airflow) of gas (rare gases such as Ar and He, inert gases such as N2 ) ejected from a nozzle or the like, or a plasma torch (simply referred to as "torch"). It may be a gas stream or a plasma stream ejected from the side of the generated electrode (torch electrode). The airflow is preferably upstream on the opposite side of the evacuation port with respect to the localized heating area.
気流は、特定元素の蒸発起点(境界)である湯面に沿うと好ましい。気流の付与は、継続的でも断続的でもよく、局部加熱と同期してなされてもよい。いずれの場合でも、少なくとも局部加熱領域に気流があるとよい。 The airflow is preferably along the melt surface, which is the evaporation starting point (boundary) of the specific element. Application of airflow may be continuous or intermittent, and may be synchronized with localized heating. In any case, there should be airflow at least in the localized heating area.
《精製》
Al基溶湯から特定元素を除去する精製は、バッチ処理(一括処理)されても、連続処理(継続処理)されてもよい。バッチ処理によれば、処理室(真空排気される湯面側の閉空間)内の真空度、湯面付近の温度、処理時間等の設定自由度が大きいため、特定元素の濃度低減を十分に行い得る。連続処理によれば、大量のAl基溶湯を効率的に処理でき、他の不純物除去処理や後続の鋳造工程等とも円滑に連携し得る。
"purification"
Refining to remove specific elements from the Al-based molten metal may be batch processing (batch processing) or continuous processing (continuous processing). According to batch processing, the degree of vacuum in the processing chamber (closed space on the side of the hot water surface that is evacuated), the temperature near the hot water surface, the processing time, etc., can be set freely, so the concentration of specific elements can be sufficiently reduced. can do According to continuous processing, a large amount of Al-based molten metal can be efficiently processed, and other impurity removal processing and subsequent casting processes can be smoothly coordinated.
本明細書でいう精製(真空蒸留)は、Al基溶湯中の特定元素濃度が低減されれば足る。Al基溶湯から蒸発した特定元素は廃棄されてもよいが、捕捉・回収されて再利用されると好ましい。 The purification (vacuum distillation) referred to in this specification is sufficient as long as the specific element concentration in the Al-based molten metal is reduced. Although the specific element evaporated from the Al-based molten metal may be discarded, it is preferable to capture, collect and reuse it.
《金属精製装置》
金属精製装置(単に「装置」ともいう。)は、局部加熱する熱源の種類により、種々の形態をとり得る。その好例として、アーク放電を熱源とする場合がある。アーク放電により生じるアーク柱(アークプラズマ)は、エネルギー密度が高く、Al基溶湯の湯面付近を効率的に急速加熱できる。
《Metal refining equipment》
A metal refiner (also simply referred to as "apparatus") can take various forms depending on the type of heat source for local heating. A good example of this is when arc discharge is used as the heat source. An arc column (arc plasma) generated by arc discharge has a high energy density and can efficiently and rapidly heat the vicinity of the surface of the Al-based molten metal.
アーク放電を熱源とする局部加熱手段は、Al基溶湯の湯面に対向する先端部を有するトーチ電極を備えるとよい。トーチ電極とAl基溶湯の間の通電(電圧の印加)により、トーチ電極の先端部とAl基溶湯の湯面間にアーク放電が生じ得る。 The local heating means using an arc discharge as a heat source is preferably provided with a torch electrode having a tip facing the surface of the Al-based molten metal. Electricity (voltage application) between the torch electrode and the Al-based molten metal can cause arc discharge between the tip of the torch electrode and the surface of the Al-based molten metal.
Al基溶湯への通電は、例えば、金属等の導電体からなる湯槽を介したり、Al基溶湯に少なくとも一部が浸漬される対極を介してなされる。対極は、例えば、トーチ電極と共に、Al基溶湯の上方側に配設されるとよい。これにより、Al基溶湯の上方に局部加熱に必要な構成・機能が集約され、装置のコンパクト化やメンテナンス性向上、Al基溶湯(湯槽)の供給・入替えの作業性向上等が図られる。 Electricity is supplied to the Al-based molten metal, for example, through a tundish made of a conductor such as a metal, or through a counter electrode at least partially immersed in the Al-based molten metal. For example, the counter electrode may be arranged above the Al-based molten metal together with the torch electrode. As a result, the structure and functions necessary for local heating are concentrated above the Al-based molten metal, making it possible to reduce the size of the apparatus, improve maintainability, and improve the workability of supplying and replacing the Al-based molten metal (tank).
トーチ電極は、その外周面が絶縁体で囲われているとよい。これにより自由放電が抑止され、トーチ電極の先端部とAl基溶湯の湯面(局部)間で生じるアーク放電を安定化できる。なお、自由放電は、トーチ電極(外周面を含む)と、対極表面、湯槽壁面、Al基溶湯の湯面等との間で生じ得る放電である。 The torch electrode is preferably surrounded by an insulator on its outer peripheral surface. As a result, free discharge is suppressed, and arc discharge generated between the tip of the torch electrode and the surface (local portion) of the Al-based molten metal can be stabilized. The free discharge is a discharge that can occur between the torch electrode (including the outer peripheral surface), the surface of the counter electrode, the wall surface of the bath, the surface of the Al-based molten metal, and the like.
絶縁体がトーチ電極の外周面を囲う範囲は、自由放電を抑制できる範囲であればよい。通常、絶縁体はトーチ電極の先端部付近まであると好ましい。 The range in which the insulator surrounds the outer peripheral surface of the torch electrode may be a range in which free discharge can be suppressed. Normally, it is preferable that the insulator extends to the vicinity of the tip of the torch electrode.
絶縁体は、トーチ電極を内挿(嵌入)する筒状・管状でもよいし、トーチ電極の外表面を覆う膜状でもよい。絶縁体はトーチ電極を着脱できるとよい。これにより、消耗・破損等した絶縁体とトーチ電極の一方だけの交換が可能となる。また絶縁体は、トーチ電極の保持具を兼ねてもよい。さらに絶縁体は、Al基溶湯の湯面へ供給されるガスの流路の少なくとも一部を構成するとよい。これらにより、トーチ側のコンパクト化や簡素化が可能となる。 The insulator may be cylindrical or tubular into which the torch electrode is inserted (inserted), or may be in the form of a film that covers the outer surface of the torch electrode. The insulator should be detachable from the torch electrode. This makes it possible to replace only one of the worn or damaged insulator and the torch electrode. The insulator may also serve as a holder for the torch electrode. Furthermore, the insulator preferably constitutes at least a part of the flow path of the gas supplied to the surface of the Al-based molten metal. These enable compactness and simplification on the torch side.
絶縁体を着脱できると共に絶縁体を気密に保持できる保持体を備えるとよい。消耗し易い絶縁体のみの交換が可能となり、処理室内の気密も保持できる。また絶縁体と保持体が分離(分割)可能なら、それぞれの配置環境に応じて、絶縁体と保持体を異種材で構成することもできる。例えば、アーク柱または局部加熱されるAl基溶湯の付近に配設される絶縁体は、耐熱性、低熱膨張性、耐熱衝撃性等に優れた材質(セラミックス等)からなるとよい。保持体は、アーク柱やAl基溶湯から離間して配設されるため、必ずしも、絶縁体ほど耐熱性等に優れた材質でなくてもよい。保持体は、絶縁体を気密に保持するために機械加工等ができる材質(快削性セラミックス/マシナブルセラミックス等)であると好ましい。 It is preferable to provide a holder that can attach and detach the insulator and that can airtightly hold the insulator. It is possible to replace only the insulator, which is easily consumed, and to maintain airtightness in the processing chamber. Also, if the insulator and the holder can be separated (divided), the insulator and the holder can be made of different materials depending on the respective arrangement environments. For example, the insulator disposed near the arc column or the Al-based molten metal to be locally heated should be made of a material (ceramics, etc.) excellent in heat resistance, low thermal expansion, thermal shock resistance, and the like. Since the holder is arranged apart from the arc column and the Al-based molten metal, it does not necessarily have to be made of a material that is as excellent in heat resistance as the insulator. The holder is preferably made of a material that can be machined (free-cutting ceramics/machinable ceramics, etc.) in order to airtightly hold the insulator.
絶縁体および保持体は、少なくとも絶縁性に優れるセラミックス(例えば、体積抵抗率が105Ω・cm超)からなるとよい。このようなセラミックスは、例えば、Al2TiO5(チタン酸アルミニウム) 、SiO2・Al2O3、SiO2、Al2O3等を主成分(全体の50質量%超さらには75質量%以上)とするとよい。特に絶縁体は、上述した耐熱性等と共に、絶縁破壊電圧も大きいセラミックス(例えばAl2TiO5)からなるとよい。 The insulator and the holder are preferably made of at least ceramics with excellent insulating properties (for example, volume resistivity of more than 10 5 Ω·cm). Such ceramics include, for example, Al 2 TiO 5 (aluminum titanate), SiO 2 ·Al 2 O 3 , SiO 2 , Al 2 O 3 and the like as main components (more than 50% by mass, or more than 75% by mass of the total). ). In particular, the insulator is preferably made of ceramics (for example, Al 2 TiO 5 ) that has a high dielectric breakdown voltage as well as the above-described heat resistance.
アーク放電は熱陰極アークでも冷陰極アークでもよい。いずれにしても、トーチ電極は陰極(負極、カソード)であるとよい。このとき、湯槽や処理室の壁面とAl基溶湯(対極)とは略電位であるとよい。高温下に曝される電極(トーチ電極、対極)は、炭素(C)、タングステン(W)などの高沸点材からなるとよい。通常、黒鉛(電極)が用いられるとよい。電極の形態は問わないが、通常、(円)柱状または(丸)棒状である。 The arc discharge may be hot cathode arc or cold cathode arc. In any case, the torch electrode is preferably a cathode (negative electrode, cathode). At this time, it is preferable that the wall surface of the tundish or the processing chamber and the Al-based molten metal (counter electrode) are substantially at an electric potential. The electrode (torch electrode, counter electrode) exposed to high temperatures is preferably made of a high boiling point material such as carbon (C) or tungsten (W). Generally, graphite (electrode) is preferably used. Although the shape of the electrode is not limited, it is usually (cylindrical) columnar or (round) bar-shaped.
Znを含むAl基溶湯の湯面付近を局部加熱して真空蒸留した。その処理後のAl基溶湯から得られたAl合金中のZn濃度を測定した。このような具体例に基づいて本発明をより詳しく説明する。 Vacuum distillation was performed by locally heating the vicinity of the surface of the Al-based molten metal containing Zn. The Zn concentration in the Al alloy obtained from the Al-based molten metal after the treatment was measured. The present invention will be described in more detail based on such specific examples.
[第1実施例]
《装置》
金属精製装置の一例である不純物除去装置S(単に「装置D」という。)の概要を、図1に模式的に示した。
[First embodiment]
"Device"
An outline of an impurity removal device S (simply referred to as “apparatus D”), which is an example of a metal refining device, is schematically shown in FIG.
装置Dは、Al基溶湯m(単に「溶湯m」という。)を加熱保持する保持槽1と、保持槽1の上方を閉塞して保持槽1内に密閉された処理室v(上方空間)を形成する蓋体2と、処理室v内を真空に排気する排気部3と、溶湯mの湯面s付近を加熱する局部加熱部4とを備える。
Apparatus D comprises a
保持槽1(加熱炉)は、筐体11と、溶湯mを収容する坩堝12(湯槽)と、坩堝12内で原料金属(アルミニウム系スクラップ等)の溶解や溶湯mの温度調整を行えるヒータ13とを備える。坩堝12はアルミナ製とし、ヒータ13は電気抵抗式とした。
The holding tank 1 (heating furnace) includes a
排気部3は、油回転式の真空ポンプ31(排気手段)と、処理室v内の真空度を調整する調整弁32と、処理室vから吸い込まれる蒸気や微粒子等をトラップする排気フィルタ33と、処理室vに連通する排気管34を備える。
The
局部加熱部4(局部加熱手段)は、アーク放電aを生じさせる電源40、トーチ41および対極42を備える。トーチ41は、電極411(トーチ電極)と、電極411を囲繞するガス管412を備える。ガス管412には、上流側にあるガス源(ボンベ等)から不活性ガス(Ar)が供給される。ガス管412は、セラミックス等の絶縁材からなるとよい。
The local heating unit 4 (local heating means) includes a
電源40にはTIG(Tungsten Inert Gas)溶接用電源を用いた。電極411も対極42も丸棒状電極とし、対極42の先端部は溶湯mの上部に浸漬した。電源40により、電極411と対極42の間で通電がなされると、湯面sとその近傍上空にある電極411の先端部(先端面近傍)との間にアーク放電aが生じる。アーク放電aにより、ガス管412から供給されるガスの少なくとも一部が連続的にプラズマ化し、アーク柱やプラズマ流が安定して生成される。ガス管412の下流側から放出された不活性ガスの一部は、アーク放電aの外周囲と湯面sに沿ったガス気流gとなる。湯面sに沿ったガス気流gにより、湯面s上に生じた蒸気は処理室v内へ拡散する。その一部は排気部3から排気され、残部は温度の低下と共に液体または固体となって排気管34やフィルター33に堆積する。
A TIG (Tungsten Inert Gas) welding power source is used as the
《精製》
上述した装置Dを用いて、除去対象であるZn(特定元素)を含むAl基溶湯(原料溶湯)の精製を行った。また精製後の溶湯からなるAl合金に含まれるZn濃度を測定した。具体的には次の通りである。なお、各試料に係る精製(真空蒸留)条件とZn濃度は表1に併せて示した。
"purification"
Al-based molten metal (raw material molten metal) containing Zn (specific element) to be removed was purified using the apparatus D described above. Also, the Zn concentration contained in the Al alloy made of the molten metal after refining was measured. Specifically, it is as follows. The purification (vacuum distillation) conditions and Zn concentration for each sample are also shown in Table 1.
(1)Al基溶湯
精製前のAl基溶湯(原料溶湯)として、Al-1.2%Znとなる溶湯を坩堝12内で調製した。Zn濃度は、溶湯または合金の全体に対するZnの質量割合である。溶湯となる金属原料には、市販の純Alと純Znを用いた。各試料で用いたAl基溶湯量は、いずれも500gとした。溶湯温度は、湯面sからの深さが約25mmの位置で測定し、表1に示す温度とした。湯面sの表面積は、坩堝12の開口面積と略同じで50cm2であった。
(1) Al-Based Molten Metal Al-1.2% Zn molten metal was prepared in the
(2)真空蒸留
真空ポンプ31を作動させて、密閉状態の処理室v内を排気して減圧した。処理室v内が表1に示した真空度(絶対圧)に到達した時点を処理開始時とし、その時点からの経過時間を処理時間とした。
(2) Vacuum Distillation The
試料1、2では、電源40を通電して、処理開始時からアーク放電aによる局部加熱を行った。アーク放電aは、電極411を負極(カソード)、対極42を正極(アノード)とする直流アークとした。なお、電極411にはφ3.2mmの黒鉛棒、対極42にはφ4mmの黒鉛棒を用いた。対極42の先端部は、湯面sから約50mmの深さ位置へ浸漬した。アーク放電aに伴う放電電流とガス気流gを形成するArガス流量は、表1に示した通りとした。なお、放電時間は、表1に示した処理時間である。アーク放電aによる湯面s付近の加熱面積は約3.1cm2であり、アーク放電aによる湯面sに付与されたエネルギー密度は約500W/cm2であった。
For
試料C11、C12およびC2では、電源40への通電も湯面sへのガス供給も行なわず、従来の真空蒸留法を実施した。
For the samples C11, C12 and C2, the conventional vacuum distillation method was performed without energizing the
(3)測定
精製処理後の各試料のAl基溶湯の全量を攪拌した後、その一部をステンレス製分析型へ注入し、大気中で自然冷却により凝固させた。こうして得られたAl合金の化学成分(Zn濃度)を蛍光X線分光法により測定し、その結果を表1に併せて示した。
(3) Measurement After stirring the entire amount of the Al-based molten metal of each sample after refining treatment, part of it was poured into a stainless steel analysis mold and solidified by natural cooling in the air. The chemical composition (Zn concentration) of the Al alloy thus obtained was measured by fluorescent X-ray spectroscopy, and Table 1 also shows the results.
(4)評価
表1に示した試料1、2から明らかなように、湯面s付近を局部的に加熱すると、溶湯温度や真空度を高めるまでもなく、短時間でZn濃度を効率的に低減できることがわかった。
(4) Evaluation As is clear from
一方、表1に示した試料C11、C12、C2から明らかなように、従来の真空蒸留法による精製では、溶湯温度と真空度の両方を高くすると共に長時間保持しないと、Zn濃度を十分に低減できなかった。 On the other hand, as is clear from the samples C11, C12, and C2 shown in Table 1, in the purification by the conventional vacuum distillation method, both the temperature of the molten metal and the degree of vacuum must be increased and the Zn concentration must be maintained for a long time. could not be reduced.
以上から、本発明のようにAl基溶湯の湯面付近を局部的に加熱すると、溶湯温度や真空度を高めるまでもなく、Al基溶湯から特定元素を短時間で効率的に除去できることがわかった。 From the above, it can be seen that by locally heating the vicinity of the surface of the Al-based molten metal as in the present invention, the specific element can be efficiently removed from the Al-based molten metal in a short time without increasing the temperature of the molten metal or the degree of vacuum. rice field.
[第2実施例]
蓋体2に配設されるトーチ41の構造を変更した装置D1、D2の要部断面を、それぞれ図2、図3に模式的に示した。なお、既述した部材については、同符号を付して、適宜、それらの説明を省略した。また、上下方向(鉛直方向)、左右方向は、図中に矢印で示した方向とした。
[Second embodiment]
Figs. 2 and 3 schematically show cross sections of essential parts of devices D1 and D2 in which the structure of the
《装置構成》
(1)装置D1のトーチ41は、電極411およびガス管412に加えて、処理室v内においてそれらの外周面を覆う絶縁筒413(絶縁体)を備える。絶縁筒413は、外周側へ拡径した円環状の段部4131を上側に有する円筒状である。
"Device configuration"
(1) The
絶縁筒413の蓋体2への固定は、段部4131の上面4131aを蓋体2の下面に密接させて、段部4131の下面4131bを蓋体2の下面に設けた留め具431で保持してなされる。なお、留め具431は蓋体2に対してネジ止めする構造であるため、絶縁筒413は蓋体2に着脱自在となっている。
The insulating
絶縁筒413の上端部は、貫通した段付穴4321を中央付近に有する円盤状のホルダー432(保持体)で覆われている。ホルダー432は、段付穴4321にガス管412を嵌挿した状態で、複数のねじ433により、蓋体2の上面に固定される。ホルダー432の下面と蓋体2の上面の間、および段付穴4321の内周面とガス管412の外周面の間は、それぞれOリング434、435によりシールされている。なお、ホルダー432には、Oリング434、435を収容する環状溝が機械加工により形成されている。こうして絶縁筒413は、ホルダー432に対して着脱可能であると共に、両者間(ひいては処理室v)の気密も維持され得る。
The upper end of the insulating
(2)装置D2のトーチ41は、上述した絶縁筒413が省略されている。蓋体2の上面に固定されるホルダー442は、中央に貫通したストレート穴4421を有する。ガス管412は、ストレート穴4421を嵌通して保持される。
(2) The
《評価》
(1)アーク放電
装置D1と装置D2を用いて、上述した真空蒸留を行った。但し、溶湯温度を740℃に保持し、処理室v内の気圧(真空度)が650Pa以下になった時点で、通電(アーク放電)を開始した。アーク放電は、直流電流:100A、放電時間:約200秒、Arガス流量:5L/minとして行った。
"evaluation"
(1) Arc discharge
The vacuum distillation described above was performed using the apparatus D1 and the apparatus D2. However, the temperature of the molten metal was kept at 740° C., and energization (arc discharge) was started when the atmospheric pressure (degree of vacuum) in the processing chamber v became 650 Pa or less. Arc discharge was performed with a DC current of 100 A, a discharge time of about 200 seconds, and an Ar gas flow rate of 5 L/min.
ここで、電極411:グラファイト電極(φ3.2mm)、対極42:グラファイト電極(φ6mm)とした。また電極411を負極側、対極42を正極側とした。
Here, electrode 411: graphite electrode (φ3.2 mm), counter electrode 42: graphite electrode (φ6 mm). The
さらに絶縁筒413には、Al2TiO5から主になるセラミックス(合資会社マルワイ矢野製陶所製FTA-PS)を用いた。またホルダー432、442には、SiO2・Al2O3から主になるセラミックス(ホトベール)を用いた。
Further, the insulating
各装置で生じるアーク放電の安定性を観察した。装置D1の場合、電極411の外周面がその先端部付近まで絶縁筒413で囲われていたため、自由放電を生じることなく、安定したアークが生成された。
The stability of the arc discharge produced by each device was observed. In the case of the device D1, since the outer peripheral surface of the
一方、装置D2の場合、電極411の外周側に絶縁筒413を設けなかったため、電極411の外表面と金属製の保持槽1の壁面との間で自由放電が発生した。また、電極411の先端部に形成されるアークには、揺らぎが確認された。
On the other hand, in the case of the device D2, since the insulating
以上のことから、トーチ電極の外表面を囲う絶縁体を設けることにより、自由放電の抑止やアーク放電の安定性が図られることがわかった。 From the above, it was found that by providing an insulator surrounding the outer surface of the torch electrode, suppression of free discharge and stability of arc discharge can be achieved.
(2)耐久性
3種類の異なるセラミックスからなる絶縁筒413を用意した。上述したAl2TiO5から主になる絶縁筒413を試料1、上述したSiO2・Al2O3から主になる絶縁筒413を試料2、Al2O3(99.99質量%)からなる絶縁筒413を試料3とする。いずれのセラミックスも、体積抵抗率は105Ω・cm超であった。
(2) Durability Three insulating
各試料の絶縁筒413を組み込んだ装置D1により、上述した真空蒸留を行った。放電時間:約200秒を1回として、各試料の耐久性(損傷寿命)を評価した。なお、いずれの試料(絶縁筒413)を用いた場合でも、漏電、自由放電、気圧漏れ等はなかった。
The vacuum distillation described above was performed using the device D1 incorporating the insulating
試料1の場合、真空蒸留を20回以上行っても、絶縁筒413に損傷はなかった。試料2の場合、真空蒸留を5回行うと、絶縁筒413の先端部に割れが確認された。試料3の場合、真空蒸留を2回行うと、絶縁筒413の先端部に割れが確認された。
In the case of
試料1の絶縁筒413が耐久性に優れた理由は、Al2TiO5からなるセラミックスがマイクロクラック構造を有しており、熱膨張が緩和されて低熱膨張であったためと考えられる。
The reason why the insulating
以上のことから、処理室内に配設する絶縁体には、耐熱性、耐熱衝撃性、低膨張性等に優れるセラミックスを用いると、真空蒸留を長期的に安定して行え、ひいては真空蒸留のコスト低減を図れることがわかった。 From the above, if ceramics with excellent heat resistance, thermal shock resistance, low expansion, etc. are used for the insulator disposed in the processing chamber, vacuum distillation can be stably performed for a long time, and the vacuum distillation cost will be reduced. It was found that reduction can be achieved.
D 不純物除去装置
1 保持槽
12 坩堝(湯槽)
2 蓋体
3 排気部
31 真空ポンプ(排気手段)
4 局部加熱部
411 電極(トーチ電極)
413 絶縁筒(絶縁体)
432 ホルダー(保持体)
m Al基溶湯
s 湯面
a アーク放電
g ガス気流
D
2
4
413 insulating cylinder (insulator)
432 holder (holding body)
m Al-based molten metal s Surface a Arc discharge g Gas stream
Claims (15)
該アルミニウム基溶湯の湯面付近を加熱する局部加熱工程を備え、
該局部加熱工程は、該アルミニウム基溶湯の湯面上へガスを供給しつつなされる金属精製方法。 A metal refining method for refining the aluminum-based molten metal by removing specific elements contained in the aluminum-based molten metal by a vacuum distillation method,
A local heating step of heating the vicinity of the surface of the aluminum-based molten metal ,
The local heating step is a metal refining method in which gas is supplied onto the surface of the aluminum-based molten metal.
該アルミニウム基溶湯の湯面付近を加熱する局部加熱手段と、
該アルミニウム基溶湯の湯面上へガスを供給する手段とを備え、
該アルミニウム基溶湯に含まれる特定元素の真空蒸留法による除去に用いられる金属精製装置。 Exhaust means for evacuating the surface of the aluminum-based molten metal;
local heating means for heating the vicinity of the surface of the aluminum-based molten metal ;
and means for supplying gas onto the surface of the aluminum-based molten metal ,
A metal refiner used for removing specific elements contained in the aluminum-based molten metal by a vacuum distillation method.
前記アルミニウム基溶湯の湯面に対向する先端部を有するトーチ電極と、
該トーチ電極の外周面を囲う絶縁体とを備え、
該トーチ電極への通電により、該トーチ電極の先端部と該アルミニウム基溶湯の湯面間でアーク放電を生じさせ得る請求項7または8に記載の金属精製装置。 The local heating means is
a torch electrode having a tip facing the surface of the aluminum-based molten metal;
and an insulator surrounding the outer peripheral surface of the torch electrode,
9. The metal refining apparatus according to claim 7 or 8, wherein an arc discharge can be generated between the tip of the torch electrode and the surface of the aluminum-based molten metal by energizing the torch electrode.
前記トーチ電極と該対極は、該アルミニウム基溶湯の上方側に配設される請求項9~13のいずれかに記載の金属精製装置。 Furthermore, comprising a counter electrode partially immersed in the aluminum-based molten metal,
The metal refiner according to any one of claims 9 to 13, wherein the torch electrode and the counter electrode are arranged above the aluminum-based molten metal.
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008079015A1 (en) | 2006-12-13 | 2008-07-03 | Alu Innovation As | Method and device for removal of elements resolved in a metal melt |
| WO2011096170A1 (en) | 2010-02-08 | 2011-08-11 | 株式会社大紀アルミニウム工業所 | Method for purifying aluminum and apparatus therefor |
-
2020
- 2020-12-07 JP JP2020203026A patent/JP7212664B2/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008079015A1 (en) | 2006-12-13 | 2008-07-03 | Alu Innovation As | Method and device for removal of elements resolved in a metal melt |
| WO2011096170A1 (en) | 2010-02-08 | 2011-08-11 | 株式会社大紀アルミニウム工業所 | Method for purifying aluminum and apparatus therefor |
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